液压支架强度有限元分析.docVIP

5液压支架强度有限元分析 本章在对ZY4000/14/32型液压支架结构分析的基础上对其进行简化，使用有限元 分析软件进行网格划分和面接触处理，并进行静强度分析，对求解结果进行分析，通过 应力和变形云图得出的数据与实测数据进行比较分析，对液压支架的受力情况有一个了 解，还为有限元的可靠性分析进行了验证，为以后液压支架的设计提供比较好的参考。 5.1有限元分析理论基础 有限元分析方法的快速发展为解决复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。利 用有限元分析不仅可以模拟各种试验方案，减少试验时间和经费，还可以获得几乎任意 复杂工程结构的各种机械性能信息，增加产品和工程的可靠性。 5.1.1有限元的基本思想 有限元法（Finite Element Method）作为一种快捷的数值分析方法已经广泛的应用于 工程分析之中,它具有实用性强，处理线性、非线性、复杂边界等工程问题方便的优点， 而且计算精度高。有限元方法是为了精确的设计计算和解决工程实际问题而发展起来 的。有限元分析的力学基础是弹性力学，而方程求解的原理是采用加权残值法或者泛函 极值原理，实现的方法是数值离散技术，最后的技术载体是有限元分析软件[35~36]。 有限元法的基本思想是将一个连续的求解区域离散为一组有限的单元，并按一定的 方式相互连接在一起的集合体，即用一个有限的单元的集合体来代替几何形状相同或近 似相同的连续求解区域，而且单元之间只通过点连接起来，这些点称为节点。不同的几 何形状可以采用不同的单元来离散，但是任何单元都是通过节点连接在一起，通过节点 传递应变和应力，所以，任何有限元方法都是通过节点的应力应变关系建立方程，利用 加权残值法等数学方法求解，之后根据不同单元的内在的数学方程来求解单元内部的应 应 力应变，从而获得整个几何形状的应力应变[37~38]。 5.1.2有限元的基本原理和算法 根据虚位移原理，在外力作用下处于平衡状态的弹性体，当发生约束所允许的任意 微小虚位移时，外力在虚位移上所做的功等于弹性体内的应力在虚应变上所做的功。对 于平面三节点三角形单元，单元节点力在虚位移上所做的功为: 单元内的应力在虚应变上所做的功为: 于是，能得到单元的虚功方程为: 虚位移是任意的，等式两边与 () 相乘的矩阵应该相等，可以得出： 这就是表征单元的节点力和节点位移之间关系的刚度方程。其中，[]k就是单元刚 度矩阵。单元刚度矩阵[]k中任一列的元素分别等于该单元的某个节点沿坐标方向发生 单位位移时，在节点上所引起的节点力。 单元刚度矩阵可写成分块矩阵如下： 假设弹性体被划分成为ne个单元和n个节点。整个弹性体的节点位移列阵： 这种求解方法[39~40]适应性强，应用广，不仅可以解答应力分析中复杂的边界条件、非线性、动力学等难题，而且还能推广解答数学物理方程的其他边值问题，普遍采用矩 阵形式表达，便于计算机的程序运算。随着数值分析方法的逐步完善，尤其是计算机运 算速度的飞速提高，整个计算系统用于求解运算的时间越来越少，而数据准备和运算结 果的变现问题却日益突出。 有限元软件能以可视图形方式直观快速的进行网格自动划分，生成有限元分析所需 数据，并按要求将大量的计算结果整理成变形图、等值分布应力云图，便于极值有哪些信誉好的足球投注网站和 所需数据的列表输出。 5.1.3有限元分析的步骤 对于工程实际问题的有限元分析一般分为几个步骤:制定分析方案，前处理，施加 载荷与求解，后处理。 制定分析方案是很重要的一个环节，它需要考虑的内容有分析领域、分析目标、线 性/非线性问题、静力/动力问题、单元类型、网格密度、单位制、载荷等分析的各个方 面。前处理的主要任务是定义单元类型、划分网格、建立结构分析的有限元模型。施加 载荷和求解主要是定义边界条件、求解约束方程。后处理主要是对分析结果数据进行处 理，通过不同的方法显示分析结果[41]。 有限元软件分析的具体步骤[29]: 1)制定分析方案 根据实际问题，确定分析类型。 2)创建或导入特征模型 在有限元软件中创建特征模型有两种方法：一种是在有限元软件中用自身模块直接 建立有限元模型；另一种是从CAD软件中导入特征模型，划分网格 ，创建有限元模型。 这两种方法各有所长，第一种是目前的有限元分析软件的建模功能比较薄弱，在其中直 接建立复杂的有限元分析模型或者实体模型，消耗的时间太长，并且有的模型无法建